钢结构体系在民用住宅中应用及其分析

【摘要】民用住宅建筑的钢结构体系是一种绿色环保的新型结构体系，在我国已进入重点推广时期。本文阐述了钢结构住宅体系的组成及其相应的适应范围，并简易分析了其技术经济综合效益。

【关键词】钢结构住宅，结构体系，住宅建筑

钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支，是住宅建筑的重要组成部分；由于钢结构建筑具有强度高、自重轻、抗震性能好（延性好）、施工速度快、工业化程度高、质量易保证、建筑布局灵活合理等优点，使其作为一种最具备“环保、节能、工厂化”的新型结构体系，在21世纪继续得到迅速发展。

一、钢结构承重体系的分类及其类型选择

钢结构体系的种类有多种，但应用于住宅的主要形式有以下几种：

（1）纯框架结构体系。纯框架结构体系是指沿纵横方向均由框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构件组成的结构体系。其特点为：可以形成较大使用空间，平面布置灵活，适应多种类型的使用功能，结构各部分刚度比较均匀，构件易于标准化、定型化、装配化，构造简单，易于施工；但是抗侧移刚度小。常用于层数不超过12层的建筑。

（2）钢框架-支撑结构体系。框架-支撑体系是在框架体系中的部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的支撑框架，或在框架体系中内部设置若干榀仅承担竖向荷载的带竖向支撑的排架结构，周边则为刚接框架。这种体系具有良好的抗震性能和较大的侧向刚度，支撑结构起着剪力墙的作用，承担大部分的水平力。适用于30-40层的高层住宅结构。

（3）钢框架-剪力墙（筒体）体系。钢框架-剪力墙结构体系是指一般在钢框架内采用带竖缝的钢筋混凝土抗震墙板或内埋钢支撑的预制钢筋混凝土墙板，它可与室内横隔墙结合布置，形成房屋的主要抗侧力构件；对于中间部位房间布置为电梯间、楼梯间、卫生间等时，可以在合适房间的四周布置钢筋混凝土剪力墙而形成的钢框架-筒体结构体系；当外部的钢框架采用3-4米左右的密柱、深梁组成钢框筒时，为钢框筒-筒体结构体系。最大适用高度较高。

1.围护结构体系

围护墙体及隔墙等均应采用轻质材料或幕墙等，同时应有将墙体风力或地震作用传给框架的可靠传力体系或墙骨架体系；外墙可采用蒸压轻质加气混凝土墙板(ALC板)、SRC复合保温墙板、钢丝网复合保温板轻质复合墙板，内墙材料一般采用加气混凝土轻质墙板、轻钢龙骨石膏板、ALC轻质砌块等。

屋盖体系尽量采用有檩体系，屋面材料可与楼面相同，也可采用彩色压型钢板防水屋面系统，该系统特点为：具有良好的防水防腐效果、屋面隔热保温性能好、可以丰厚建筑物的外形。

2.楼板结构体系

楼面结构由钢梁和楼面板组合而成。钢结构住宅结构中，楼板必须有足够的刚度、强度和整体稳定性，还要具有较好的隔声、防火和防腐性能，目前楼板结构一般有以下几种形式：

（1）压型钢板混凝土组合楼板。由于要满足楼板1.5小时的防火要求，其上须浇80厚的混凝土，采用蝶型压型钢板楼板总厚度将达130～150mm，；由于组合楼板担负着传递水平力的作用，故而钢梁与压型钢板连接处应设置必要的栓钉，设计时考虑钢梁与楼板的组合作用，可显著提高梁的承载力及稳定性，有效降低梁高。

（2）预制预应力混凝土叠合楼板。预制预应力混凝土叠合楼板是指钢梁与预制预应力混凝土薄板连接，上浇混凝土薄板从而形成叠合装配整体结构，其中预制的单个构件在工厂制造，然后将其运至现场装配；这种结构的主要优点是：机械化程度高、工期短、可采用预应力技术及高强度钢材、预制部分体积小、重量轻、运输吊装方便；可以降低楼板造价

（3）现浇楼板采用工具式支撑楼板，其优点是整体性好、装修方便、但模板较费，钢筋与钢梁的连接和构造比较复杂，且施工周期较长，同时为保证混凝土楼板与钢梁的共同作用，钢梁上翼缘也必须设置必要的栓钉。

二、钢结构住宅体系的经济分析及应用

钢结构住宅与传统结构相比,在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势,主要体现在以下方面。

1.设计制造周期短,设计生产一体化

现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件,使得设计周期大大缩短;同时,由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点,可以将前期设计和现场的生产手段相结合,通过网络计算机和数控机床结合,使设计人员在工作室中完成设计后,即由工厂的生产线完成产品制作,具有极高的效率和精确度,可以大大减少项目建设周期。

2.能够合理布置功能区间

与传统住宅建筑相比较，可以采用大开间柱网布置,使建筑平面利用非承重墙体灵活分隔室内空间,形成开放式住宅。同时,可以利用钢结构连接简单的特点,在垂直平面内比传统结构能更好地应用错层、跃层结构。由于钢结构住宅的构件截面尺寸小,可以增加使用面积,提高使用率。

3.承载强度高,抗震性能优越

相同的荷载,钢结构截面最小，相同的截面,钢结构承载力最大。在抗震设防区,由于钢结构重量轻，其本身所受的地震作用小，且钢材具有高延性,有较好的耗能能力；因此,抗震性能好,结构安全度高。

4.综合造价低

钢结构承载力高,可以实现结构的大开间布置,构件截面小,与砼结构和砖混结构相比,自重比较轻,地基的处理比较容易,基础型式简单,可以降低基础的造价；钢结构施工机械化高的特点,减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。从经济效益角度讲，楼层越高，造价越低；规模越大，成本越小，6－7层的多层成本最高，但综合效益十分可观。

三、我国钢结构建筑基本情况

综上所述，由于钢结构住宅建筑具有多项优点，在我国住宅建设中得到逐步应用，钢结构住宅体系在我国已经开始逐步走向成熟，随着国家发展节能省地型住宅、建设节约型社会的战略决策实施，作为节能省地型的新型住宅体系的钢结构体系，必将继续迅速发展。